(洛陽(yáng)雙瑞特種裝備有限公司，洛陽(yáng) 471003)

在生產(chǎn)過(guò)程中，某批規(guī)格為M24，材料為35CrMo的螺栓鍛件(精車(chē)后)的光桿部位經(jīng)研磨后進(jìn)行磁粉檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)大量呈密集平行的較淡線(xiàn)狀分布的磁痕顯示。對(duì)該批螺栓進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)普遍存在此類(lèi)磁痕顯示。

該螺栓的主要生產(chǎn)流程為：低碳合金鋼棒材調(diào)制熱處理-粗加工-超聲檢測(cè)-半精加工-磁粉檢測(cè)-精加工-拋光-磁粉檢測(cè)。此類(lèi)磁痕在螺栓半精加工后的磁粉檢測(cè)工序中并未發(fā)現(xiàn)，而是在精加工拋光后的磁粉檢測(cè)中才發(fā)現(xiàn)，其磁痕顯示如圖1所示。

圖1 螺栓磁痕顯示

由于該磁痕顯示僅在精加工且拋光后出現(xiàn)，并需經(jīng)仔細(xì)觀察才能被發(fā)現(xiàn)，因此初步判斷該磁痕不屬于裂紋或其他相關(guān)線(xiàn)性缺陷顯示，可能是成分組織差異引起的[1]。為確定該磁痕的性質(zhì)及形成原因，筆者進(jìn)行了試驗(yàn)分析。

1 試驗(yàn)分析

1.1 宏觀金相觀察

經(jīng)酸洗后，螺栓橫截面低倍形貌如圖2所示，用肉眼觀察試樣，低倍組織疏松及偏析評(píng)定結(jié)果均為0級(jí)，且在低倍組織中未發(fā)現(xiàn)氣孔、裂紋、夾渣、白點(diǎn)、白亮帶、縮孔等缺陷。

圖2 螺栓宏觀低倍組織形貌

采用加倍酸洗試驗(yàn)對(duì)螺桿部分進(jìn)行進(jìn)一步的低倍組織觀察，螺桿縱、橫切面低倍組織如圖3所示。

圖3 螺栓低倍組織形貌

從低倍組織形貌來(lái)看，螺桿部位的流線(xiàn)組織明顯，在縱切面上沿軸向平行線(xiàn)狀分布，顯示程度由表面到芯部遞增；在橫切面上呈大量密集點(diǎn)狀分布。

1.2 磁痕顯示位置截面高倍金相觀察

沿磁痕顯示區(qū)域橫向切開(kāi)，在高倍顯微鏡下觀察，橫截面拋光態(tài)形貌見(jiàn)圖4，外圓及近表層均未發(fā)現(xiàn)缺陷。

圖4 磁痕位置橫截面高倍形貌(50×)

1.3 金相、掃描電鏡分析

對(duì)螺栓進(jìn)行了金相分析，結(jié)果如圖5所示。在高倍顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)螺桿縱向存在呈白色條帶狀的微觀偏析。

圖5 螺栓偏析組織

對(duì)螺栓金相組織的黑色(基體)和白色(微觀偏析帶)區(qū)域進(jìn)行能譜分析，結(jié)果如表1所示。偏析帶上的偏析元素均為Cr、Mn(掃描能譜為半定量分析，元素含量?jī)H做對(duì)比參考)。

1.4 殘余奧氏體含量分析

采用X射線(xiàn)衍射儀對(duì)該螺栓進(jìn)行X射線(xiàn)衍射物相分析，結(jié)果如圖6所示。經(jīng)分析，物相主要為α-Fe,未發(fā)現(xiàn)明顯γ-Fe物相峰，說(shuō)明殘余奧氏體含量極低。

表1 能譜分析結(jié)果 %

圖6 殘余奧氏體含量X射線(xiàn)衍射分析結(jié)果

2 磁痕產(chǎn)生原因分析

此類(lèi)磁痕的產(chǎn)生原因，可能有以下幾種。

(1) 非金屬夾雜物

原材料中非金屬夾雜物在軋制過(guò)程中隨金屬的變形而伸長(zhǎng)，磁粉檢測(cè)時(shí)在夾雜物附近會(huì)形成漏磁，從而表現(xiàn)為發(fā)紋或線(xiàn)狀磁痕[2]。由于螺栓原材料經(jīng)過(guò)精煉處理工序，材料中夾雜物得到了有效控制(見(jiàn)圖4)，檢測(cè)結(jié)果表明制造螺栓用的原材料純凈度較高。盡管夾雜物不能完全清除，但是原材料中細(xì)小的夾雜物不可能導(dǎo)致批量制件出現(xiàn)線(xiàn)狀磁痕[3]。

(2) 殘余奧氏體

由于奧氏體(γ-Fe)為無(wú)磁相，磁粉檢測(cè)時(shí)會(huì)在殘余奧氏體相位置形成漏磁，從而導(dǎo)致磁痕顯示。經(jīng)X衍射物相分析，物相主要為α-Fe，未發(fā)現(xiàn)明顯γ-Fe物相峰。說(shuō)明殘余奧氏體含量極低，即可排除殘余奧氏體含量導(dǎo)致該類(lèi)磁痕顯示的可能性。

(3) 晶粒位向

材料經(jīng)軋制后，晶粒沿軋制方向被拉長(zhǎng)，晶粒排布呈一定的位向，在磁粉檢測(cè)時(shí)被拉長(zhǎng)的晶粒晶界位置可能產(chǎn)生漏磁而引起磁痕顯示。由于螺栓用料軋制后經(jīng)歷過(guò)調(diào)質(zhì)處理(淬火+回火)，溫度加熱到再結(jié)晶溫度以上時(shí)，晶粒會(huì)發(fā)生再結(jié)晶，被拉長(zhǎng)的晶粒形態(tài)得以消除，排除了晶粒位向?qū)е略擃?lèi)磁痕顯示的可能。

(4) 偏析

鍛造螺栓的鋼錠表面為細(xì)晶區(qū)，中間為柱狀晶區(qū)，芯部為等軸晶區(qū)。在由液態(tài)冷卻至固態(tài)過(guò)程中，由于表面細(xì)晶區(qū)散熱快，過(guò)冷度大，鋼液可以快速冷卻，該區(qū)域成分可較均勻地保留下來(lái)，而中間柱狀晶區(qū)和芯部等軸晶區(qū)冷卻速度慢，溶質(zhì)元素向柱狀晶和等軸晶晶壁間富集，造成晶間的微觀偏析。微觀偏析組織在軋制過(guò)程中發(fā)生變形，沿軋制方向呈帶狀分布，形成所謂的鍛造流線(xiàn)組織[4]。

軋制后的鋼錠從表面到芯部偏析程度不斷加重，這和螺栓低倍線(xiàn)狀條紋顯示由表面到芯部遞增的現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)，說(shuō)明材料低倍組織的線(xiàn)狀條紋是材料微觀偏析的組織顯現(xiàn)。

由低倍組織觀察可知，材料不存在疏松及宏觀偏析，而微觀偏析是晶間偏析，不是材料缺陷。這種晶間偏析在后續(xù)的軋制過(guò)程中沿變形方向被拉長(zhǎng)而形成條帶狀。

經(jīng)能譜分析，這種帶狀偏析主要為富Cr和Mn組織，其勢(shì)必造成偏析帶與基體的磁導(dǎo)率差異，磁粉檢測(cè)時(shí)偏析帶與基體之間則形成漏磁，從而引起線(xiàn)狀磁痕顯示。

3 結(jié)論

(1) 螺栓磁粉檢測(cè)時(shí)呈密集平行狀的線(xiàn)性磁痕并非真實(shí)缺陷所致。此類(lèi)線(xiàn)性磁痕是材料的微觀帶狀組織偏析引起材料組織的磁導(dǎo)率差異，從而導(dǎo)致的非相關(guān)線(xiàn)性磁痕顯示。

(2) 軋制棒料組織從表面到芯部微觀偏析遞增，這是鑄錠組織遺傳所致。由于螺桿表面加工量較大，內(nèi)部偏析組織得以顯現(xiàn)，進(jìn)一步促進(jìn)了非相關(guān)磁痕的顯示。

(3) 磁粉檢測(cè)具有較高靈敏度，除能檢測(cè)材料的真實(shí)缺陷外，還能顯示材料的組織差異。